아프리카 동부의 여러 지역을 방문한 최초의 유럽인이다.

그가 조사한 기록과 측량을 비롯해서 그의 저서는 지리학에 크게 기여했다. 동부 아프리카에 널리 분포되어 있는 톰슨가젤은 그의 이름을 따서 명명되었다.

알렉산더 키스 존스턴의 뒤를 이어 1878년 영국 왕립지리학회의 중동부 아프리카 학술탐험을 이끌었다. 그는 탐험대를 이끌고 미지의 지역이었던 니아사 호의 북쪽 끝과 탕가니카 호까지 항해했다. 콩고 강을 탐험하려 했으나 부예족(와루와족)의 방해로 실패했으며, 타보라를 경유하여 동부 아프리카 해안으로 돌아오던 중 현재의 탄자니아에 있는 루콰 호를 발견했다.

1882년 영국 왕립지리학회는 잔지바르에서 우간다에 이르는 최단항로를 찾기 위해 탐험을 시작했다. 몸바사(지금의 케냐)의 해안지역을 무기 없이 여행했던 그들은 통행을 방해하던 마사이족의 나라를 킬리만자로를 경유해서 2번 횡단했다. 그후 탐험을 계속하여 유럽인 중 최초로 바링고 호를 발견했고, 1882년 12월 10일 빅토리아 호에 도착했다. 1885년 오늘날 나이지리아에 속하는 소코토와 관두에서 영국의 무역권을 확보했으며, 1888년에는 개인적으로 모로코를 여행했다.

1890년 세실 로즈의 브리티시사우스아프리카사(社)에 들어가 잠비아에서 광업과 무역에 관한 협정을 주도했다. 저서로는 〈중앙 아프리카 호수 탐험기 To the Central African Lakes and Back〉(1881)·〈마사이족 거주지역 탐험기 Through Masai Land〉(1885)가 있다.